病原菌感染宿主的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究進(jìn)展

1、病原菌熏染宿主的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究希望【關(guān)鍵詞】熏染病原菌與宿主的彼此作用，是組成熏染的根本因素。當(dāng)代分子生物學(xué)的生長(zhǎng)鞭策病原菌與宿主彼此作用研究進(jìn)入到了分子程度。應(yīng)用基因芯片轉(zhuǎn)錄組學(xué)闡發(fā)技能，可以對(duì)病原菌入侵宿主以及宿主的防范對(duì)抗舉行轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究。從病原菌全基因組程度以及熏染宿主的基因程度闡述病原菌與宿主之間的彼此干系。闡發(fā)病原菌入侵以及宿主對(duì)抗病原菌的分子機(jī)制，本文將對(duì)病原菌在熏染宿主歷程中的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究希望舉行扼要綜述。1病原菌與宿主的彼此作用細(xì)菌性熏染的產(chǎn)生和生長(zhǎng)是病原菌與宿主彼此作用的效果。熏染的本質(zhì)是病原性細(xì)菌為到達(dá)在宿主內(nèi)保存和生殖的目的，與宿主的種種抵抗因素產(chǎn)生彼此作用。在此期間，既

2、有病原菌為躲避宿主防范機(jī)制而舉行的順應(yīng)，也有宿主為掃除病原菌而變更防范體系的積極。從細(xì)菌的角度講，由原寄生地侵襲到宿主時(shí)，環(huán)境中種種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量、種類、溫度、滲出壓與酸堿度等因素的改變，以及宿主對(duì)細(xì)菌的對(duì)抗，一定對(duì)細(xì)菌的保存施加宏大壓力。為了保存，細(xì)菌可以或許快速敏感地監(jiān)測(cè)環(huán)境中種種因素的變革，敏捷地調(diào)治自己的布局，調(diào)治其生理、生命舉動(dòng)，到達(dá)順應(yīng)新的環(huán)境，在宿主體內(nèi)寄生，熏染宿主目的。對(duì)付宿主來(lái)說(shuō)，真核生物有著極其美滿的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)體系，可以感知病原菌的侵入，啟動(dòng)精細(xì)的防范體系來(lái)對(duì)抗病原菌的入侵。有些宿主還可以排泄一些殺菌素樣的物質(zhì)，導(dǎo)致病原菌不克不及在其體內(nèi)保存，維持自身的正常生理狀態(tài)。病原菌

3、與宿主彼此作用研究不停是操縱熏染性疾病產(chǎn)生的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2細(xì)菌的基因芯片轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究隨著基因測(cè)序技能的生長(zhǎng)與成熟，使得大量微生物基因組的序列測(cè)定完成。標(biāo)識(shí)表記標(biāo)幟著基因組學(xué)的研究由布局基因組學(xué)進(jìn)入了成效基因組學(xué)時(shí)期。轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究是成效基因組學(xué)研究的一個(gè)緊張本領(lǐng)。Velulesu和Kinzler等人于1997年起首提出轉(zhuǎn)錄組觀點(diǎn)1。轉(zhuǎn)錄組學(xué)是從一個(gè)細(xì)胞中的基因組全部RNA程度研究基因表達(dá)環(huán)境。轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究作為一種宏不雅的團(tuán)體論要領(lǐng)改變了以往選定單個(gè)基因或少數(shù)幾個(gè)基因零打壞敲式的研究形式2，將基因組學(xué)研究帶入了一個(gè)全新的高速生長(zhǎng)期間。基因芯片轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究是應(yīng)用全基因組芯片對(duì)差異條件下細(xì)菌的RNA

4、舉行平行闡發(fā)，可以得到細(xì)菌在差異條件下所產(chǎn)生的差異變革基因，從基因程度上展現(xiàn)基因表達(dá)的差異。該技能的反響原理是通過(guò)對(duì)差異泉源的RNA舉行逆轉(zhuǎn)錄，此后別離用差異顏色的熒光素標(biāo)識(shí)表記標(biāo)幟成探針,探針混淆后與芯片上的基因舉行雜交,再通過(guò)掃描儀掃描，得到兩份樣品中RNA的相對(duì)品貌，結(jié)合已有生物信息學(xué)資源對(duì)數(shù)據(jù)舉行生物學(xué)解讀?；蛐酒寄艿纳L(zhǎng)，為研究病原菌與宿主彼此作用提供了全新的研究時(shí)機(jī)。通過(guò)基因芯片轉(zhuǎn)錄譜闡發(fā)細(xì)菌熏染宿主表達(dá)譜的差異，可以在全基因組范疇得到細(xì)菌為順應(yīng)在宿主體內(nèi)生長(zhǎng)而表示的基因表達(dá)差異，通過(guò)對(duì)差異表達(dá)基因的生物信息學(xué)闡發(fā)可以挑選到病原體在體內(nèi)存活必須表達(dá)的基因，猜測(cè)與致病性嚴(yán)密相干的

5、毒力基因。從而有助于進(jìn)一步闡發(fā)致病菌的致病機(jī)制。芯片轉(zhuǎn)錄譜技能為大范圍創(chuàng)造及斷定病原菌致病基因提供了一個(gè)快速、有用的平臺(tái)。3病原菌與宿主彼此作用體外轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究希望應(yīng)用轉(zhuǎn)錄譜芯片舉行病原菌與宿主彼此作用研究履歷了體外與體內(nèi)兩個(gè)階段。起首是應(yīng)用病原菌與熏染宿主細(xì)胞在體外舉行彼此作用，通過(guò)體外細(xì)胞來(lái)模擬病原菌熏染宿主的微環(huán)境，獲抱病原菌與宿主細(xì)胞之間的彼此作用紀(jì)律，從而間接反響病原菌入侵宿主的轉(zhuǎn)錄特性與分子作用機(jī)理。如今對(duì)多種病原菌與多種體外細(xì)胞包羅上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞打仗以及侵染多形核白細(xì)胞PNs單核巨噬細(xì)胞歷程中基因表達(dá)變革舉行了體外轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究。通過(guò)以上研究，創(chuàng)造了大量微生物的毒力相干基因，存

6、活必須基因，以及在熏染歷程中細(xì)菌緊張的酶類和轉(zhuǎn)運(yùn)卵白相干基因等。闡述了病原菌在入侵宿主歷程中的相干分子機(jī)理，為進(jìn)一步操縱熏染的產(chǎn)生奠基了理論基矗天下生齒的一半以上熏染有幽門螺桿菌。此中只有20%的熏染者會(huì)表示出臨床病癥。其緣故原由大概在于熏染差異范例的幽門螺桿菌以及熏染宿主的差異反響。在對(duì)幽門螺桿菌致病機(jī)理的研究中，芯片轉(zhuǎn)錄譜技能被普及應(yīng)用。這些研究傍邊包羅大量的幽門螺桿菌與胃上皮細(xì)胞配合作用后的轉(zhuǎn)錄譜研究36。比方Ki等通過(guò)對(duì)幽門螺桿菌與胃癌細(xì)胞AGS彼此作用的研究效果表白7，在幽門螺桿菌與AGS細(xì)胞彼此作用后，幽門螺桿菌毒力島相干基因，動(dòng)力相干基因，外膜卵白相干基因產(chǎn)生了轉(zhuǎn)錄程度的上調(diào)。而

7、在轉(zhuǎn)錄下調(diào)的基因傍邊包羅壓力反響卵白基因與過(guò)氧化物剖析相干基因。研究效果表白上述基因在幽門螺桿菌粘附胃上皮細(xì)胞中發(fā)揮了緊張作用，與其致病本領(lǐng)精細(xì)相干。2022年10月薛建江等：病原菌熏染宿主的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究希望第5期2022年10月河北北方學(xué)院學(xué)報(bào)醫(yī)學(xué)版第5期細(xì)菌性腦膜炎是兒童最常見(jiàn)的殞命病因，腦膜炎奈瑟氏菌為腦膜炎的病原菌。Dietrih等對(duì)該細(xì)菌在侵入機(jī)體中所碰到的兩個(gè)重要階段舉行了轉(zhuǎn)錄譜的研究8以得到該病原菌在侵入機(jī)體以及順應(yīng)機(jī)體的改變。通過(guò)對(duì)腦膜炎奈瑟氏菌與上皮細(xì)胞Hela細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞HBE人腦血管內(nèi)皮細(xì)胞彼此作用而得到該細(xì)菌和兩種細(xì)胞彼此作用的轉(zhuǎn)錄譜，得到了該細(xì)菌在熏染差異階段所舉行

8、的轉(zhuǎn)錄程度的差異變革，展現(xiàn)了腦膜炎奈瑟菌在熏染差異階段的分子致病機(jī)理。Shubert等人也對(duì)該菌舉行了雷同的轉(zhuǎn)錄譜研究9，表白在腦膜炎奈瑟菌與HBE彼此作用中，該菌的莢膜起到了極為緊張的作用。更進(jìn)一步展現(xiàn)了腦膜炎奈瑟菌與宿主細(xì)胞在分子程度的彼此作用。4病原菌與宿主彼此作用體內(nèi)轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究希望在病原菌與熏染宿主體內(nèi)轉(zhuǎn)錄譜研究中，困擾全部微生物學(xué)事情者的一個(gè)緊張題目就是存在一些技能上的困難，這些技能上的困難限定了體內(nèi)舉行病原與宿主彼此作用的轉(zhuǎn)錄譜研究。這些技能上的困難重要包羅原核生物RNA的不變性題目，宿主細(xì)胞RNA的滋擾，以及宿主細(xì)胞與熏染細(xì)胞的難以分散?；蛐酒芯勘匾罅康腞NA靶分子，大多

9、數(shù)研究所用的RNA是從大量細(xì)胞中提取出來(lái)的，然而，熏染宿主構(gòu)造中很難提供云云大量的熏染細(xì)菌RNA來(lái)舉行轉(zhuǎn)錄譜的研究。對(duì)付上述題目的存在，可以通過(guò)進(jìn)步芯片檢測(cè)的敏捷度，開(kāi)拓可重復(fù)有用擴(kuò)增RNA靶分子的技能而使題目得到辦理。如今有兩種要領(lǐng)在擴(kuò)增RNA靶分子方面表現(xiàn)出一定上風(fēng)。其一是利用PR技能創(chuàng)立單細(xì)胞DNA文庫(kù)，這種要領(lǐng)可以或許有用且可重復(fù)的擴(kuò)增RNA分子，但是每每不克不及包管所得到的DNA文庫(kù)中的拷貝數(shù)與其在細(xì)胞中的拷貝數(shù)同等。其應(yīng)用需通過(guò)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)要領(lǐng)對(duì)數(shù)據(jù)舉行歸一化處置懲罰10。另一種要領(lǐng)是應(yīng)用DNA合成和模板引導(dǎo)下的體外轉(zhuǎn)錄反響來(lái)完成的RNA體外線性擴(kuò)增11。通過(guò)體外擴(kuò)增RNA可以將微量的

10、RNA在體外舉行放大，從而可以滿意芯片檢測(cè)必要。與構(gòu)建文庫(kù)的要領(lǐng)比擬，這種擴(kuò)增要領(lǐng)更具線性，更能反響真實(shí)環(huán)境。該研究要領(lǐng)的出現(xiàn)，可以為辦理在研究病原與宿主彼此作用的轉(zhuǎn)錄譜研究中RNA量的題目。信賴隨著該項(xiàng)技能的漸漸美滿，體內(nèi)轉(zhuǎn)錄譜的研究將會(huì)更為普及的開(kāi)展。Lathe等人應(yīng)用RNA線性擴(kuò)增技能對(duì)造成小鼠實(shí)行性肺鼠疫中熏染48h的鼠疫菌舉行了擴(kuò)增12。該研究利用裂解液樂(lè)成的將鼠疫細(xì)菌與肺構(gòu)造細(xì)胞舉行了分散，對(duì)分散到的RNA舉行了擴(kuò)增，舉行了鼠疫菌造成肺鼠疫轉(zhuǎn)錄譜研究。研究效果表白，與鼠疫菌致病相干的重要毒力因子在體內(nèi)熏染多數(shù)表示為高表達(dá)。比方T3SS中的基因，鐵攝入以及鐵貯存的相干基因，通過(guò)芯片轉(zhuǎn)

11、錄譜研究對(duì)鼠疫菌引起宿主熏染的分子致病機(jī)理舉行了闡述?；魜y是以嚴(yán)峻腹瀉為重要病癥的熏染性疾病，其病原菌為霍亂弧菌。已經(jīng)完成該菌的全基因組序列表白，其全基因組包羅巨細(xì)兩個(gè)片斷。大片斷編碼了霍亂弧菌大部門的基因，而小片斷的基因成效那么很少相識(shí)。Xu等應(yīng)用芯片轉(zhuǎn)錄譜技能對(duì)漫衍于差異片斷的基因舉行了熏染家兔體內(nèi)轉(zhuǎn)錄譜的研究13，一方面，通過(guò)研究相識(shí)該細(xì)菌在熏染宿主體內(nèi)的基因轉(zhuǎn)錄環(huán)境，另一方面的目的是展現(xiàn)小片斷的基因組在熏染歷程中的成效。研究者通過(guò)制造性的將家兔小腸舉行結(jié)扎，從而形成小腸結(jié)扎環(huán)模子，將霍亂弧菌注入結(jié)扎環(huán)內(nèi)，熏染一按時(shí)間后將細(xì)菌從結(jié)扎環(huán)內(nèi)舉行網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)RNA后與體外營(yíng)養(yǎng)環(huán)境中造就的細(xì)菌舉行

12、比力，從而得到了霍亂弧菌體內(nèi)熏染的轉(zhuǎn)錄譜。研究效果表白，在產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄顯著改變的基因中大部門為大片斷染色體基因。展現(xiàn)了在熏染家兔小腸體內(nèi)該細(xì)菌的一些高轉(zhuǎn)錄基因包羅與動(dòng)力化學(xué)趨向性相干的一些基因，以及與腸內(nèi)定值相干的一些基因以及與毒素產(chǎn)生相干的基因。對(duì)霍亂弧菌的分子致病機(jī)理舉行了闡述?？漳c彎曲菌是引起腹瀉的重要病原菌。該菌在小腸內(nèi)樂(lè)成的粘附與定植是組成其致病力的關(guān)鍵因素。Stintzi等人同樣應(yīng)用小腸結(jié)扎環(huán)的要領(lǐng)對(duì)空腸彎曲菌舉行了熏染新西蘭白兔小腸的研究14。通過(guò)對(duì)該菌在小腸內(nèi)保存所舉行的轉(zhuǎn)錄譜研究，得到了大量與其在腸內(nèi)保存相干的基因，對(duì)其致病機(jī)理舉行了分子程度的研究。Snyder等人應(yīng)用芯片轉(zhuǎn)錄譜

13、技能對(duì)引起泌尿熏染的致病性大腸埃希氏菌舉行了體內(nèi)轉(zhuǎn)錄譜的研究15。該研究將從熏染小鼠的尿液中直接提取細(xì)菌RNA，得到了該細(xì)菌在熏染宿主體內(nèi)的多個(gè)毒力與代謝因子。在與泌尿系熏染相干的基因傍邊，有如許一些基因高表達(dá)。菌毛基因相干的莢膜形成，微生物素排泄，鐵攝入相干基因轉(zhuǎn)錄程度顯著上調(diào)，表白這些基因與大腸桿菌的致病性嚴(yán)密相干。在對(duì)熏染細(xì)菌與宿主彼此作用研究中，差異的研究者應(yīng)用了差異的要領(lǐng)舉行了研究。比方通過(guò)對(duì)無(wú)菌部位的液體標(biāo)本直接舉行分散來(lái)得到研究所必要的細(xì)菌量，rihuela對(duì)熏染小鼠血液中細(xì)菌接納離心的要領(lǐng)舉行分散16，通過(guò)差速離心的要領(lǐng)將熏染小鼠血液中的肺炎球菌與血細(xì)胞舉行了分散，舉行了肺炎球

14、菌熏染小鼠體內(nèi)的轉(zhuǎn)錄譜研究，得到了該細(xì)菌熏染體內(nèi)的特性性轉(zhuǎn)錄譜，對(duì)其致病機(jī)理舉行了研究。Talaat等那么應(yīng)用全基因組引物GDP對(duì)熏染構(gòu)造內(nèi)未舉行細(xì)菌與細(xì)胞分散的結(jié)核分枝桿菌直接舉行逆轉(zhuǎn)錄17，得到了熏染體內(nèi)結(jié)核分枝桿菌的轉(zhuǎn)錄譜，對(duì)結(jié)核分枝桿菌的分子致病機(jī)理舉行了研究。errell等應(yīng)用直接分散的要領(lǐng)對(duì)霍亂病人的米泔樣糞便中的霍亂弧菌舉行了分散并舉行了轉(zhuǎn)錄譜研究18。Graha等應(yīng)用全基因組芯片對(duì)引起化膿性熏染的A族鏈球菌1株舉行了熏染小鼠上皮構(gòu)造的轉(zhuǎn)錄譜研究19，說(shuō)明了在形成化膿性熏染歷程中到場(chǎng)的重要基因成效類群，包羅毒力基因、氧化壓力基因、氨基酸利用、二元調(diào)控體系等基因在皮膚軟構(gòu)造熏染中的作用。對(duì)A族鏈球菌引起的化膿性熏染的分子機(jī)理舉行了闡述。Rs等人那么通過(guò)網(wǎng)絡(luò)患者尿液中大腸埃希菌83792株直接與體外造就的雷同細(xì)菌舉行了轉(zhuǎn)錄譜研究20。指出在該菌株致病歷程中N代謝相干基因具有非常緊張的意義。同樣是對(duì)尿液中的大腸埃希菌83792株，Hank等人那么舉行了該菌在體內(nèi)與生物膜形成的相干分子機(jī)制研究21，展現(xiàn)了該菌在形成